포스텍 김세영 교수(신소재공학과·반도체공학과), 고려대 이형민 교수(전기전자공학부) 교수 공동연구팀이 24일 저전력 인공지능을 위한 차세대 반도체 기술을 개발했다고 밝혔다.

생성형 AI 등 다양한 인공지능 기술의 발전으로 기존 디지털 하드웨어의 확장 가능성은 한계에 도달했다.

아날로그 하드웨어는 외부전압이나 전류에 따라 반도체의 저항이 바뀌고 인공지능 연산을 병렬적으로 처리하며 특정 연산과 데이터를 연속적으로 처리하는 작업은 유리해졌다.

하지만 연산 학습과 추론을 위한 다양한 특성을 만족하는데는 한계가 있었다.

연구팀은 한계를 극복하기 위해 이온 제어형 메모리 소자(ECRAM)에 주목했고 ECRAM은 비교적 낮은 전력으로 동작이 가능하다는 장점이 있다.

연구팀은 이번 연구를 통해 3단자 기반의 반도체로 구성된 이온 제어형 메모리 소자를 64x64 배열로 제작하는 데 성공했다.

특히, 하드웨어 훈련 시 ‘가중치 유지’ 특성이 학습에 미치는 영향과 이를 고려한 연구팀의 기술이 인공지능 신경망에 과부하를 주지 않는다는 사실도 확인해 기술 상용화의 가능성도 입증했다.

지금까지 아날로그 신호를 저장하고 처리하는 이온 제어형 메모리 소자로 학계에 보고된 최대 배열은 10x10으로 각각의 소자에 다양한 특성을 탑재하고, 이를 최대 규모로 구현하는 데 성공했다는 점에서 이번 연구는 큰 의의가 있다.

김세영 교수는 "신개념 메모리 소자 기술을 기반으로 한 대규모 어레이의 실현과 아날로그 특화 인공지능 알고리즘 개발을 통해 기존의 디지털 방식보다 훨씬 뛰어난 인공지능 연산 성능과 에너지 효율성을 확보할 수 있는 가능성을 확인했다"라고 전했다.

한편, 이번 연구는 산업통상자원부, 한국산업기술기획평가원(KEIT)과 한국반도체 연구조합 지원사업인 민관공동투자반도체고급인력양성사업, IDEC의 EDA Tool의 지원을 받았고 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시스’에 게재됐다.